EP0037339B1 - Electrodes de réduction de contraintes électriques pour matériel de raccordement de câbles d'énergie sous écran - Google Patents

Electrodes de réduction de contraintes électriques pour matériel de raccordement de câbles d'énergie sous écran Download PDF

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EP0037339B1
EP0037339B1 EP81400500A EP81400500A EP0037339B1 EP 0037339 B1 EP0037339 B1 EP 0037339B1 EP 81400500 A EP81400500 A EP 81400500A EP 81400500 A EP81400500 A EP 81400500A EP 0037339 B1 EP0037339 B1 EP 0037339B1
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EP
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electrode
conductor
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particulates
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EP81400500A
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EP0037339A1 (fr
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Elie Chazelas
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Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
Original Assignee
Societe Industrielle de Liaisons Electriques SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/02—Cable terminations
    • H02G15/06—Cable terminating boxes, frames or other structures
    • H02G15/064—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress
    • H02G15/068—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress connected to the cable shield only

Definitions

  • the present invention relates to equipment for connecting electrical energy transport installations, and more particularly the electrodes for reducing electrical stresses for the junction zones where discontinuities of the main elements are caused, in particular the electric cables.
  • the object of the present invention is precisely to propose an electrode structure for reducing electrical stresses having remarkable electrical characteristics for medium and high voltage, allowing accessories prefabricated in the factory and allowing a perfectly linear distribution of the electrical voltage along the parts. visible from the insulation of an electric conductor of energy transport.
  • the electrode for reducing electrical stresses for junction ends of shielded electrical conductor intended to be arranged around the periphery of the insulator of the conductor at the level of the stop. screen of the shielded conductor, and comprising at least one sheathing element comprising at least two successive zones contiguous to each other in the axial direction of the conductor, characterized in that each of these zones consists of a mixture support in plastic material charged with particles of active products with non-linear electrical resistance and in that these particles have a different granulation from one zone to another.
  • the electrical stress reduction electrode for shielded electrical conductor junction ends intended to be arranged around the periphery of the conductor insulation at the conductor screen stop shielded, and comprising at least one sheathing element comprising at least two successive zones contiguous to each other in the axial direction of the conductor, characterized in that each of the zones consists of a support mixture of plastic material charged with particles of active products with non-linear electrical resistance, in that the particles have a substantially constant average granulation and in that the concentration of the particles is different from one zone to another.
  • FIG. 2 the end of the conductive core of the cable is connected to a terminal 2 ensuring the connection to the high voltage, this conductive core being disposed inside an insulating sheath 3 itself normally surrounded by the conductive screen 4 of the cable. It is precisely at the stopping of this conductive screen 4 that the problems of electric potential gradients arise along the surface made apparent of the insulator 3 of the conductive core.
  • the prefabricated cable end typically comprises a series of insulator skirts 5, for example molded in crosslinked EPDM, threaded onto the insulation 3 following an insulating sleeve 6, made for example also in crosslinked EPDM, this sleeve 6 extending beyond the stop of the screen 4 while being closed, in the vicinity of the stop zone, by an adapter 7 made of a conductive elastomer ensuring contact with the conductive screen 4 of the cable.
  • the stress reduction electrode disposed between the sleeve 6 and the insulator 3, comprises four contiguous zones pressed against the insulator 3, the zones A, B , C, D successive being contiguous to each other in the axial direction of the electrode.
  • the end electrode A is in welded contact with the adapter 7.
  • the four zones A to D each have, for a given voltage, a non-linear electrical resistance different from the resistances of the adjacent zones so that, from A to D , the resistances gradually increase towards the high voltage side of the cable end.
  • the resistance variations of the elements of the electrode 10 are obtained by gradually decreasing the density of the particles of the variable resistance material embedded in the insulating material towards the parts remote from the conductive parts, so that this variation in density of the divided product gives the electrode element a decreasing resistance towards the parts to be protected, or progressive resistance towards high voltage parts.
  • Density variations can be obtained by gradually dosing the concentrations of particles with constant particle size of the non-linear variable resistance product, or alternatively, density variations can be obtained with a constant concentration but a variable and progressive particle size of the product divided at non-linear electrical resistance, taking into account that the effect of the particulate active product is greater the larger the grains for the same volume of finished product.
  • stress electrodes will be described which consist of an end-to-end sequence of individual elements placed side by side, but it will be understood that the variations in resistance can be obtained by continuously varying the axial direction.
  • concentration of particles with constant particle size in a common support the concentrations in the binder of the support can vary from 30 to 70%.
  • the binder or support mixture for the various stress electrode elements can be chosen from plastics such as polyethylene, PVC, crosslinkable synthetic or thermoplastic elastomers, for example EPDM , EPR, polyurethane, polyester, elastomers with several flowable components and hardening cold or hot, for example chosen from silicones, polyurethanes, polybutadienes, - resins with several components hardening cold or hot, for example polyesters, polyurethanes, epoxy resins or phenolic resins.
  • plastics such as polyethylene, PVC, crosslinkable synthetic or thermoplastic elastomers, for example EPDM , EPR, polyurethane, polyester, elastomers with several flowable components and hardening cold or hot, for example chosen from silicones, polyurethanes, polybutadienes, - resins with several components hardening cold or hot, for example polyesters, polyurethanes, epoxy resins or phenolic resins.
  • the support mixtures must be chosen in order to be able to incorporate therein in a controlled manner, the divided active products with variable electrical resistance such as silicon carbide, oxides metals such as natural or precipitated silica, titanium oxide, zinc oxide, magnesia, alumina, asbestos, or barium titanate.
  • the elements of the stress electrode will be obtained by incorporating into the support mixture from 30 to 85% of a mixture of said divided active products.
  • the active product is chosen for each zone as a function of the position of the zone and as a function of the screens defining an average particle size.
  • a product can be used divided from an 8-wire sieve, corresponding to 2380 microns of average particle size, to the 1200-wire sieve corresponding to 3 microns of average particle size.
  • the size of the grains of silicon carbide will thus decrease zone A towards zone D, so as to distribute the equipotential lines in a perfectly linear manner, the choice of the starting particle size for zone A being a function of the cable tension.
  • ends of 20 kV polyethylene insulated cables, 1 x 150 mm 2 were made with zone A consisting of a sealant of the type mentioned above loaded at 70 % of screened silicon carbide 90, zone B consisting of a putty loaded with 70% screened silicon carbide 180, zone C constituted of a putty charged with 70% of screened silicon carbide 280, and zone D consisting of a mastic loaded with 70% silicon carbide sieve 500.
  • the choice of particle sizes is not limited to the values mentioned above, the dimensions of the active zones (length, thickness) do not not being critical but being determined according to the space available, the thicknesses increasing however with the operating voltage and being greater than 5/10 e mm for 20 kV and 5/8 e mm for 200 kV. Improved electrical characteristics would be obtained by continuously varying the particle size of the largest sieve to the finest sieve along a continuous support mixture.
  • the zones A to D are obtained by loading the putty with respectively 70%, 60%, 50% and 40% of silicon carbide particles having an average particle size of 37 ⁇ .
  • each zone A to D has a length of 7 cm and a thickness of 3 cm, which leads to a stress control electrode having 28 cm long for a total length of the cable end of 45 cm.
  • the results obtained are: or 65% gain compared to the performance of existing equipment.
  • FIG. 1 also illustrates the perfect linearity of the distribution of the equipotential lines with such an electrode according to the present invention (curve II) with respect to a stress control electrode with constant particle size (curve I), the linearity of which the distribution of the equipotential lines is much less good.
  • curve II the perfect linearity of the distribution of the equipotential lines with such an electrode according to the present invention
  • curve I a stress control electrode with constant particle size
  • FIG. 2 shows another embodiment corresponding to an insulated cable end for a service voltage of 90 kV with the interposition, between the electrode 10 and the insulator 3, of an underlying insulating layer 8 of thickness close to that of the electrode and having a specific inducing power or relative permittivity ⁇ greater than or equal to that of the insulator 3 of the cable.
  • underlying layers 8 can be provided, the permittivity s gradually increasing up to the value of ⁇ i corresponding to the most conductive part (A) of the stress control electrode. These underlying layers move the stress control electrode away from the conductive core of the cable to maintain a maximum gradient at the electrode always below 4000 V / mm, as mentioned above, in combination with a deflector cone on the side. screen potential.
  • the different zones of the electrode 10 of the embodiment of FIG. 3 are produced by loading with silicon carbide an EPDM mixture with the following values, from A to D: 60% of sieve particles 90, 60% of 180 screen, 80% 280 screen and 60% 500 screen. The performances obtained are:
  • the underlying layer 8 can be made of any suitable solid material, gas under pressure, such as for example nitrogen, sulfur hexafluoride, oil or confined insulating grease.
  • FIG. 4 shows an embodiment comprising three identical stress electrodes 10 "10 2 and 10 3 , each consisting of four successive zones A to D, spaced radially from one another and of the insulator 3 by insulating sublayers 80 having a higher relative permittivity than that of the insulator 3 of the cable.
  • the electrode 10 is embedded in the sleeve 61 which comprises, in addition to its usual peripheral part, an internal tubular extension 8 ′ ensuring the role of the underlying layer and fulfilling the same conditions as above.
  • the zones A 'to D' of the electrode 10 have a decreasing cross section from the cable screen 4, the end zone A 'comprising an extension A i forming a skirt covering the adapter 7.
  • the last zone D of the electrode 10 extends beyond the underlying layer 8, so as to be brought back pressed against the insulator 3 of the cable, thereby separating the upper end of the sleeve 6 from this insulator.
  • the dimensions and the number of the zones of the electrode 10 can thus be modulated as a function of the number of skirts 5 of the prefabricated cable end.
  • FIGS. 8 and 9 show two embodiments of a prefabricated one-piece junction using a stress reduction electrode according to the present invention.
  • the outer insulating sleeve 6 ' extending this time to come into bearing contact at its two ends on the screens 4 of the two cable ends abutted and also made of a conductive plastic material.
  • the zones A to D of the electrode 10 are this time organized from the junction zone where the bare conductive core 1 of the cables appears, the end zone D not extending to the level of the screens 4 of the cable ends.
  • the middle region A the most loaded, is in contact (welded) with the adapter 7 in conductive mixture surrounding the conductive core 1.
  • the electrode extends symmetrically towards the other screen at the other end of the cable.
  • FIG. 9 also represents a prefabricated one-piece junction but with a stress electrode 10 ′ with zones in opposition to activity.
  • the central zone A is only in contact with the adapter 7, the zone B being omitted so as to present, towards the screen 4 of the cable end, a succession of zones C, D then C "symmetrical and analogous to C, and A, analogous to A, this latter zone being in contact, via the sleeve 6 ', with the screen 4 of the cable end.
  • FIG. 10 shows a prefabricated one-piece junction with adapter for cable diameters comprising, as in the previous embodiment, a stress control electrode 10 ′ whose active zones are in opposition.
  • the electrode 10 ' is here arranged with interposition, between it and the insulator 3 of the cable, of an underlying layer 8 of the type described above, the electrode itself being covered with an insulator 9, the specific inductive power is also higher than that of the cable insulator 3.
  • the electrode 10 ' is symmetrical with respect to a middle zone D with low density of silicon carbide, the end zones A and A, being, as in the embodiments of FIGS.
  • FIG. 10 shows the effectiveness of the 'strain control electrode according to the present invention.
  • FIG. 11 shows a prefabricated one-piece derivation in which the conductive core of a first cable identifiable by its screen 4, is connected to a connector block 11, arranged in an insulating housing 12, and from which two lines start, main and derivative, having their conductive cores 1 connected to the connector block 11, each line being equipped with a stress control electrode 10 ′ whose active zones are in opposition in a similar arrangement for each cable to that described in relation to the FIG. 10.
  • the adapters 7 are common to the two output lines and that, in addition to the underlying sublayer 8 and the insulating sheath 9 on either side of the electrodes 10 ′, a insulating material 13 completely fills the casing sleeve 6 with the bypass.
  • FIG. 12 a plug-in end head, comprising a bent connection part 15, and an adapter part equipped with a stress control electrode 10 ′, with active zones in completely identical opposition to those described in relation to Figure 10.
  • FIG. 13 thus shows a cable end insulator similar to that of FIG. 3, but with a block of skirts 5 ′ made of porcelain, the stress control electrode 10, similar to that of FIGS. 2 at 6, being mounted on the inner wall of the skirt body 5 ′, at a distance from the insulation 3 of the conductor, the space defined between the latter and the skirt body 5 ′, closed by a frustoconical adapter 7, being filled an insulating fluid medium 14 consisting of a pressurized gas, for example air or nitrogen, a grease or an insulating oil.
  • a pressurized gas for example air or nitrogen, a grease or an insulating oil.

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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • La présente invention concerne les matériels de raccordement d'installations électriques de transport d'énergie, et plus particulièrement les électrodes de réduction de contraintes électriques pour les zones de jonction où sont provoquées des discontinuités des éléments principaux, notamment les câbles électriques.
  • On sait que, dans les installations électriques de transport d'énergie, par exemple les câbles à moyenne ou haute tension, il existe, au niveau des jonctions de ces câbles, soit par exemple pour des épissures, pour des dérivations ou pour le raccordement avec des cellules ou transformateurs, une discontinuité dans le champ électrique au niveau de la zone de terminaison du blindage. Lorsque la discontinuité ou gradient de potentiel électrique dépasse une valeur prédéterminée le long de la surface de l'isolant du conducteur électrique entourée par un gaz, notamment de l'air, il peut se créer des décharges gazeuses produisant de l'ozone et d'autres gaz engendrant une altération du système d'isolation électrique. Pour y remédier il est connu d'utiliser, au niveau de l'arrêt des écrans des câbles, des cônes déflecteurs avec ou sans condensateurs qui présentent toutefois des dimensions très importantes, notamment en haute tension, par rapport aux terminaisons des câbles. Ces cônes déflecteurs doivent être logés dans des isolateurs en porcelaine remplis de matière isolante, avec les inconvénients afférents concernant les soins tout particuliers requis pour l'installation de ces dispositifs au moment de la réalisation sur chantier.
  • Il est connu également d'utiliser des produits à résistance non linéaire, des produits à haute permittivité et des produits à résistance calibrée à base de noir de carbone. Le brevet français FR-A-2423036 au nom de la demanderesse décrit ainsi l'utilisation d'un mastic, contenant des particules de carbure de silicium la granulométrie constante, disposé au niveau de l'arrêt d'écran sur la surface de l'isolant du conducteur suivant la distance requise pour éviter les effluves électriques et obtenir les caractéristiques électriques souhaitées.
  • Le document U.S. 2 835 725 révèle également l'utilisation d'une électrode de réduction de contrainte électrique, comprenant au moins deux zones successives contiguës l'une à l'autre dans le sens axial du conducteur pour présenter chacune une résistance électrique différente de celle de la zone voisine.
  • Tous ces produits sont pourtant limités en performances électriques par échauffement en surtension et ne permettent pas d'envisager de les utiliser en haute tension ni surtout en très haute tension pour réaliser des électrodes de réduction de contrainte efficaces.
  • D'autre part, dans les extrémités des câbles isolés pour le transport de l'énergie, le remplacement des isolateurs en verre, en porcelaine ou en résine époxydée par des ensembles préfabriqués en usine à l'aide de caoutchoucs synthétiques a permis de réduire les difficultés de mise en oeuvre sur chantier, mais les performances électriques de ces nouveaux matériels de raccordement demeurent également limitées. Il en est de même pour les jonctions et dérivations, où les boîtes moulées en fonte ont été remplacées par des ensembles rubannés ou coulés de résine à froid puis par des procédés préfabriqués en usine.
  • La présente invention a précisément pour objet de proposer une structure d'électrode de réduction de contraintes électriques présentant des caractéristiques électriques remarquables pour les moyenne et haute tension permettant des accessoires préfabriqués en usine et permettant une répartition parfaitement linéaire de la tension électrique le long des parties apparentes de l'isolant d'un conducteur électrique de transport d'énergie.
  • Pour ce faire, selon une première caractéristique de la présente invention, l'électrode de réduction de contraintes électriques pour extrémités de jonction de conducteur électrique blindé, destinée à être disposée autour de la périphérie de l'isolant du conducteur au niveau de l'arrêt d'écran du conducteur blindé, et comprenant au moins un élément de gainage comprenant au moins deux zones successives contiguës l'une à l'autre dans le sens axial du conducteur, caractérisée en ce que chacune de ces zones est constituée d'un mélange support en matériau plastique chargé de particules de produits actifs à résistance électrique non linéaire et en ce que ces particules ont une granulation différente d'une zone à l'autre.
  • Selon une autre caractéristique de la présente invention l'électrode de réduction de contraintes électriques pour extrémités de jonction de conducteur électrique blindé, destinée à être disposée autour de la périphérie de l'isolant du conducteur au niveau de l'arrêt d'écran du conducteur blindé, et comprenant au moins un élément de gainage comprenant au moins deux zones successives contiguës l'une à l'autre dans le sens axial du conducteur, caractérisée en ce que chacune des zones est constituée d'un mélange support en matériau plastique chargé de particules de produits actifs à résistance électrique non linéaire, en ce que les particules ont une granulation moyenne sensiblement constante et en ce que la concentration des particules est différente d'une zone à l'autre.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels :
    • La figure 1 est un diagramme comparatif entre une électrode de contrainte incorporant des particules d'un matériau lui conférant une résistance électrique non linéaire uniformément réparties, et une électrode de contrainte selon la présente invention ;
    • La figure 2 représente un mode de réalisation d'une extrémité préfabriquée de câble isolé équipée d'une électrode de contrainte selon la présente invention ;
    • Les figures 3 à 7 représentent diverses variantes de réalisation d'électrodes de réduction de contrainte pour une extrémité préfabriquée de câble isolé analogue à celle représentée sur la figure 2 ;
    • Les figures 8 et 9 représentent deux variantes de réalisation de jonctions électriques monoblocs équipées d'électrodes de contrôle de contrainte selon la présente invention ;
    • La figure 10 représente schématiquement une jonction monobloc préfabriquée avec adapteur des diamètres des câbles équipée d'une électrode de contrôle des contraintes selon la présente invention ;
    • La figure 11 représente une dérivation simple ou double monobloc préfabriquée équipée d'électrodes de contrôle de contrainte selon la présente invention, enveloppant le principal et le dérivé ;
    • La figure 12 représente une tête d'extrémité embrochable avec adaptateur comprenant une électrode de contrôle de contrainte selon la présente invention ; et
    • La figure 13 représente un isolateur d'extrémité en porcelaine comportant une électrode de contrainte selon la présente invention.
  • Dans la description qui va suivre, les éléments analogues ou identiques des terminaisons ou des dispositifs de raccordement de câbles portent les mêmes chiffres de référence éventuellement indicés.
  • La présente invention sera explicitée en détail plus particulièrement en relation avec l'extrémité préfabriquée pour câble isolé haute tension (typiquement 63 kV) représentée sur la figure 2. Sur cette figure 2, l'extrémité de l'âme conductrice du câble est reliée à une cosse 2 assurant la connexion à la haute tension, cette âme conductrice étant disposée à l'intérieur d'une gaine isolante 3 elle-même normalement entourée par l'écran conducteur 4 du câble. C'est précisément au niveau de l'arrêt de cet écran conducteur 4 que se posent les problèmes de gradients de potentiel électrique le long de la surface rendue apparente de l'isolant 3 de l'âme conductrice. L'extrémité préfabriquée de câble comprend typiquement une série de jupes d'isolateur 5, par exemple moulées en EPDM réticulé, enfilées sur l'isolant 3 à la suite d'un manchon isolant 6, réalisé par exemple également en EPDM réticulé, ce manchon 6 se prolongeant au-delà de l'arrêt de l'écran 4 en étant fermé, au voisinage de la zone d'arrêt, par un adaptateur 7 réalisé en un élastomère conducteur assurant le contact avec l'écran conducteur 4 du câble.
  • Conformément à la présente invention, l'électrode de réduction de contraintes, désignée dans son ensemble par la référence 10, disposée entre le manchon 6 et l'isolant 3, comprend quatre zones jointives plaquées sur l'isolant 3, les zones A, B, C, D successives étant contiguës l'une à l'autre dans la direction axiale de l'électrode. L'électrode d'extrémité A est en contact soudé avec l'adaptateur 7. Les quatre zones A à D présentent chacune, pour une tension donnée, une résistance électrique non linéaire différente des résistances des zones adjacentes de façon que, de A à D, les résistances augmentent progressivement vers les parties côté haute tension de l'extrémité de câble. Typiquement, l'électrode de contrainte 10 est réalisée en noyant dans un matériau isolant des particules divisées d'un produit à résistance électrique non linéaire et variable en fonction de la tension appliquée V, de telle sorte que l'intensité I qui traverse l'élément d'électrode de contrôle obéisse à la relation I = KVY, K et Y étant des constantes et Y étant supérieur à 1. Conformément à la présente invention, les variations de résistance des éléments de l'électrode 10 sont obtenues en diminuant progressivement la densité des particules du matériau à résistance variable noyés dans le matériau isolant vers les parties éloignées des pièces conductrices, de sorte que cette variation de densité du produit divisé confère à l'élément d'électrode une résistance dégressive vers les parties à protéger, soit une résistance progressive vers les parties sous haute tension. Les variations de densité peuvent être obtenues en dosant progressivement les concentrations de particules à granulométrie constante du produit à résistance variable non linéaire, ou en variante, les variations de densité peuvent être obtenues avec une concentration constante mais une granulométrie variable et progressive du produit divisé à résistance électrique non linéaire en tenant compte du fait que l'effet du produit actif particulaire est d'autant plus grand que les grains sont plus gros pour un même volume de produit fini. Dans toute la description, il sera décrit des électrodes de contraintes constituées d'une suite bout à bout d'éléments individuels accolés les uns aux autres, mais on comprendra que les variations de résistance peuvent être obtenues en faisant varier continûment suivant la direction axiale la concentration de particules à granulométrie constante dans un support commun, les concentrations dans le liant du support pouvant varier de 30 à 70 %.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le liant ou mélange support pour les différents éléments d'électrode de contrainte peut être choisi parmi des matières plastiques telles que le polyéthylène, le PVC, les élastomères synthétiques réticulables ou thermoplastiques, par exemple EPDM, EPR, polyuréthane, polyester, les élastomères à plusieurs composants coulables et durcissant à froid ou à chaud, par exemple choisis parmi les silicones, les polyuréthanes, les polybutadiènes,- les résines à plusieurs composants durcissant à froid ou à chaud, par exemple les polyesters, les polyuréthanes, les résines époxy ou les résines phénoliques. On peut également utiliser les mastics à base d'élastomères et de liquides décrits dans le brevet français FR-A-2 423 036, ainsi que les liquides isolants tels que les huiles naphténiques, aromatiques, ou paraffiniques, les huiles au silicone, ou encore les céramiques, les porcelaines, les terres réfractaires, les émaux, les verres, les ciments ou les plâtres, ou enfin des matières thermorétractables mises en place à l'aide d'une source de chaleur portative.
  • Les mélanges supports doivent être choisis pour pouvoir y incorporer de façon contrôlée, les produits actifs divisés à résistance électrique variable tels que le carbure de silicium, des oxydes métalliques tels que la silice naturelle ou précipitée, l'oxyde de titane, l'oxyde de zinc, la magnésie, l'alumine, l'amiante, ou le titanate de baryum. Typiquement, les éléments de l'électrode de contrainte seront obtenus en incorporant dans le mélange support de 30 à 85 % d'un mélange desdits produits actifs divisés. D'une façon générale, le produit actif est choisi pour chaque zone en fonction de la position de la zone et en fonction des tamis définissant une granulométrie moyenne. On peut utiliser un produit divisé depuis un tamis de 8 fils, correspondant à 2380 microns de granulométrie moyenne, jusqu'au tamis de 1 200 fils correspondant à 3 microns de granulométrie moyenne. Dans les modes de réalisation réalisant les différentes zones avec des résistances électriques progressives obtenues en modulant la granulométrie des grains du produit actif, typiquement du carbure de silicium ou de l'oxyde de zinc, la grosseur des grains de carbure de silicium diminuera ainsi de la zone A vers la zone D, de façon à répartir d'une manière parfaitement linéaire les lignes d'équipotentielles, le choix de la granulométrie de départ pour la zone A étant fonction de la tension du câble.
  • A titre d'exemple non limitatif du mode de réalisation de la figure 2, on a fabriqué des extrémités de câbles isolés polyéthylène 20 kV, 1 x 150 mm2 avec la zone A constituée d'un mastic du type évoqué plus haut chargé à 70 % de carbure de silicium tamis 90, la zone B constituée d'un mastic chargé de 70 % de carbure de silicium tamis 180, la zone C constituée d'un mastic chargé de 70 % de carbure de silicium tamis 280, et la zone D constituée d'un mastic chargé de 70 % de carbure de silicium tamis 500. Il est bien évident que le choix des granulométries n'est pas limité aux seules valeurs citées ci-dessus, les dimensions des zones actives (longueur, épaisseur) n'étant pas critiques mais étant déterminées en fonction de la place disponible, les épaisseurs croissant toutefois avec la tension de service et étant supérieures à 5/10e mm pour 20 kV et à 5/8e mm pour 200 kV. Des caractéristiques électriques améliorées seraient obtenues en faisant varier continûment la granulométrie du tamis le plus gros jusqu'au tamis le plus fin le long d'un mélange support continu. Dans un autre mode de réalisation pour la même extrémité du câble en jouant cette fois sur les concentrations d'une granulométrie choisie, les zones A à D sont obtenues en chargeant le mastic avec respectivement 70 %, 60 %, 50 % et 40 % de particules de carbure de silicium ayant une granulométrie moyenne de 37 µ. Dans cet exemple particulier, chaque zone A à D a une longueur de 7 cm et une épaisseur de 3 cm, ce qui conduit à une électrode de contrôle des contraintes ayant 28 cm de long pour une longueur totale de l'extrémité de câble de 45 cm. Les résultats obtenus sont :
    Figure imgb0001
    soit 65 % de gain par rapport aux performances du matériel existant.
  • La figure 1 illustre par ailleurs, la parfaite linéarité de la répartition des lignes d'équipotentielles avec une telle électrode selon la présente invention (courbe II) par rapport à une électrode de contrôle des contraintes à granulométrie constante (courbe I) dont la linéarité de la répartition des lignes d'équipotentielles est nettement moins bonne. Les tensions U recueillies sur l'électrode figurant en ordonnées et la distance par rapport à l'arrêt de l'écran 4 figurant en abscisses.
  • Le mode de réalisation de la figure 2, avec l'électrode de contrôle des contraintes plaquée contre l'isolant 3 du câble, convient particulièrement pour des câbles isolés à tension de service inférieure ou égale à 63 kV, ce qui donne à l'interface électrode-isolant un gradient de potentiel maximum Gmax < 4000 V/mm. On a représenté sur la figure 3, un autre mode de réalisation correspondant à une extrémité de câble isolé pour tension de service de 90 kV avec interposition, entre l'électrode 10 et l'isolant 3, d'une couche sous-jacente isolante 8 d'épaisseur voisine de celle de l'électrode et ayant un pouvoir inducteur spécifique ou permittivité relative ε supérieure ou égale à celui de l'isolant 3 du câble. Pour les hautes tensions, on peut prévoir plusieurs couches sous-jacentes 8 dont la permittivité s croît progressivement jusqu'à la valeur de εi correspondant à la partie la plus conductrice (A) de l'électrode de contrôle des contraintes. Ces couches sous-jacentes éloignent l'électrode de contrôle des contraintes de l'âme conductrice du câble pour maintenir au niveau de l'électrode un gradient maximum toujours inférieur à 4 000 V/mm, comme susmentionné, en combinaison avec un cône déflecteur côté potentiel de l'écran. Les différentes zones de l'électrode 10 du mode de réalisation de la figure 3 sont réalisées en chargeant de carbure de silicium un mélange EPDM avec les valeurs suivantes, de A jusqu'à D : 60 % de particules de tamis 90, 60 % de tamis 180, 80 % de tamis 280 et 60 % de tamis 500. Les performances obtenues sont :
    Figure imgb0002
  • Des dispositions homothétiques peuvent être adoptées pour des électrodes de contrôle de contrainte d'extrémité de câble à des tensions de 110 kV, 150 kV, 225 kV et au-delà. La couche sous-jacente 8 peut être en tout matériau adéquat, solide, gaz sous pression, tel que par exemple de l'azote, de l'hexafluorure de soufre, de l'huile ou une graisse isolante confinés.
  • On a représenté sur la figure 4, un mode de réalisation comprenant trois électrodes de contraintes 10" 102 et 103 identiques, chacune constituée de quatre zones successives A à D, espacées radialement les unes des autres et de l'isolant 3 par des sous-couches isolantes 80 présentant une permittivité relative e plus élevée que celle de l'isolant 3 du câble.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'électrode 10 est noyée dans le manchon 61 qui comporte, outre sa partie périphérique habituelle, un prolongement tubulaire interne 8' assurant le rôle de la couche sous-jacente et remplissant les mêmes conditions que ci-dessus. Dans le mode de réalisation de la figure 6, analogue à celui de la figure 5, les zones A' à D' de l'électrode 10 ont une section transversale décroissante à partir de l'écran de câble 4, la zone d'extrémité A' comprenant un prolongement Ai formant jupe recouvrant l'adaptateur 7.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 7, analogue par ailleurs à celui de la figure 3, la dernière zone D de l'électrode 10 se prolonge au-delà de la couche sous-jacente 8, pour être ramenée plaquée contre l'isolant 3 du câble, en séparant ainsi l'extrémité supérieure du manchon 6 de cet isolant. Les dimensions et le nombre des zones de l'électrode 10 peuvent être ainsi modulés en fonction du nombre de jupes 5 de l'extrémité de câble préfabriquée.
  • On a représenté sur les figures 8 et 9, deux modes de réalisation d'une jonction monobloc préfabriquée utilisant une électrode de réduction des contraintes selon la présente invention. Sur ces figures on retrouve le manchon isolant extérieur 6', se prolongeant cette fois pour venir en contact d'appui à ses deux extrémités sur les écrans 4 des deux extrémités de câble aboutées et réalisé également en un matériau plastique conducteur. Les zones A à D de l'électrode 10 sont cette fois organisées à partir de la zone de jonction où apparaît l'âme conductrice nue 1 des câbles, la zone d'extrémité D ne se prolongeant pas jusqu'au niveau des écrans 4 des extrémités de câble. Comme dans les modes de réalisation précédents, la zone médiane A, la plus chargée, est en contact (soudé) avec l'adaptateur 7 en mélange conducteur entourant l'âme conductrice 1. L'électrode se prolonge de façon symétrique vers l'autre écran de l'autre extrémité de câble. La figure 9 représente également une jonction monobloc préfabriquée mais avec électrode de contrainte 10' à zones en opposition d'activité. Dans ce mode de réalisation, la zone médiane A est uniquement en contact avec l'adaptateur 7, la zone B étant omise de façon à présenter, vers l'écran 4 de l'extrémité de câble, une succession des zones C, D puis C" symétrique et analogue à C, et A, analogue à A, cette dernière zone étant en contact, par l'intermédiaire du manchon 6', avec l'écran 4 de l'extrémité de câble.
  • On a représenté sur la figure 10, une jonction monobloc préfabriquée avec adaptateur des diamètres des câbles comportant, comme dans le mode de réalisation précédent, une électrode de contrôle des contraintes 10' dont les zones actives sont en opposition. L'électrode 10' est ici disposée avec interposition, entre elle et l'isolant 3 du câble, d'une couche sous-jacente 8 du type décrit plus haut, l'électrode étant elle-même recouverte d'un isolant 9 dont le pouvoir inducteur spécifique est également supérieur à celui de l'isolant 3 du câble. L'électrode 10' est symétrique par rapport à une zone médiane D à faible densité de carbure de silicium, les zones d'extrémités A et A, étant, comme dans les modes de réalisation des figures 1 à 7, en contact avec les adaptateurs 7 au niveau de l'écran 4 du câble et de l'âme conductrice 1 du câble reliée à un élément conducteur 2' maintenu dans un boîtier isolant 11. Un tracé des lignes d'équipotentielles sur cette figure 10 montre l'efficacité de l'électrode de contrôle de contrainte selon la présente invention.
  • On a représenté sur la figure 11, une dérivation monobloc préfabriquée dans laquelle l'âme conductrice d'un premier câble identifiable par son écran 4, est reliée à un bloc connecteur 11, disposé dans un boîtier isolant 12, et duquel partent deux lignes, principale et dérivée, ayant leurs âmes conductrices 1 reliées au bloc connecteur 11, chaque ligne étant équipée d'une électrode de contrôle des contraintes 10' dont les zones actives sont en opposition suivant un agencement similaire pour chaque câble à celui décrit en relation avec la figure 10. On notera que, dans cette dérivation, les adaptateurs 7 sont communs aux deux lignes de sortie et qu'outre la sous-couche sous-jacente 8 et la gaine isolante 9 de part et d'autre des électrodes 10', un matériau isolant 13 remplit totalement le manchon-boîtier 6 de la dérivation.
  • On a représenté sur la figure 12, une tête d'extrémité embrochable, comprenant une partie coudée de connexion 15, et une partie d'adaptateur équipée d'une électrode de contrôle de contrainte 10', à zones actives en opposition tout à fait identiques à celles décrites en relation avec la figure 10.
  • Quoique, comme susmentionné, l'électrode selon l'invention convienne tout particulièrement pour des équipements préfabriqués compacts utilisant des élastomères, elle peut être très avantageusement utilisée pour l'amélioration des performances des isolateurs classiques à porcelaine. On a ainsi représenté sur la figure 13, un isolateur d'extrémité de câble analogue à celui de la figure 3, mais avec un bloc de jupes 5' en porcelaine, l'électrode de contrôle de contrainte 10, similaire à celle des figures 2 à 6, étant montée sur la paroi intérieure du corps de jupe 5', à distance de l'isolant 3 du conducteur, l'espace défini entre ce dernier et le corps de jupe 5', clos par un adaptateur tronconique 7, étant rempli d'un milieu fluide isolant 14 constitué par un gaz sous pression par exemple de l'air ou de l'azote, une graisse ou une huile isolante.
  • Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (10)

1. Electrode de réduction de contraintes électriques pour extrémités de jonction de conducteur électrique blindé, destinée à être disposée autour de la périphérie de l'isolant du conducteur au niveau de l'arrêt d'écran du conducteur blindé, et comprenant au moins un élément de gainage comprenant au moins deux zones successives (A-D) contiguës l'une à l'autre dans le sens axial du conducteur (3, 4), caractérisée en ce que chacune de ces zones est constituée d'un mélange support en matériau plastique chargé de particules de produits actifs à résistance électrique non linéaire et en ce que ces particules ont une granulation différente d'une zone à l'autre.
2. Electrode de réduction de contraintes électriques pour extrémités de jonction de conducteur électrique blindé, destinée à être disposée autour de la périphérie de l'isolant du conducteur au niveau de l'arrêt d'écran du conducteur blindé, et comprenant au moins un élément de gainage comprenant au moins deux zones successives (A-D) contiguës l'une à l'autre dans le sens axial du conducteur (3, 4), caractérisée en ce que chacune des zones est constituée d'un mélange support en matériau plastique chargé de particules de produits actifs à résistance électrique non linéaire, en ce que les particules ont une granulation moyenne sensiblement constante et en ce que la concentration des particules est différente d'une zone à l'autre.
3. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les zones successives (A-D) ont une section transversale décroissant vers les parties sous haute tension de l'extrémité de jonction.
4. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'un milieu isolant intermédiaire (8, 8', 14) ayant une permittivité relative (ε) plus élevée que celle de l'isolant (3) du conducteur est interposé entre ce dernier et l'électrode de contrôle de contrainte (10, 10').
5. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux éléments de gainage (101, 102, 103), comportant chacun une succession de zones à résistances progressives (A à D), distants radialement les uns des autres et séparés par un milieu isolant (80) ayant une permittivité relative (e) plus élevée que celle de l'isolant (3) du conducteur.
6. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une première partie d'électrode comportant au moins deux zones successives (A, B) à résistance progressive dans une direction axiale du conducteur (3, 4) et une seconde partie contiguë à la première comportant au moins deux zones (BI, Ai) à résistance dégressive, les différentes zones des deux parties étant symétriques par rapport à une zone médiane (D).
7. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la zone (A) de moindre résistance est reliée à un adaptateur (7) de raccordement à l'écran (4) du conducteur réalisé en mélange conducteur.
8. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les zones successives (A-D) sont chargées en particules de carbure de silicium ayant une granulation comprise entre 3 µ et 2 380 µ.
9. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les zones successives (A-D) sont chargées en particules d'oxyde de zinc ayant une granulation comprise entre 3 µ et 2 380 µ.
10. Extrémité de jonction de câble, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins une électrode de réduction de contrainte (10, 10') selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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